METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISCO DIFUSOR SOBRE UNA TURBINA MARINA HIDROCINÉTICA

Abstract

En el presente trabajo de investigación se exploran las capacidades y limitantes del concepto 3 del disco difusor como un elemento que es anexado a turbinas cinéticas bajo la premisa de un 4 incremento en la potencia producida. El principal recurso empleado fue la simulación numérica 5 de fluidos, a través de la cual se pretendería una representación fiable de las interacciones; 6 esto último con la finalidad de poder establecer parte de las bases fundamentales para una 7 posterior validación realizada a escala de laboratorio y con un enfoque experimental. 8 La investigación se realizó con un enfoque integral, pues cada uno de los elementos que 9 componen al ensamble posee un trasfondo técnico que permite comprender en detalle su 10 comportamiento aislado e inferir las interacciones que se derivan de la evaluación conjunta. 11 La turbina hidrocinética fue diseñada analíticamente a través del método BEM, empleando 12 curvas polares obtenidas mediante simulación numérica. El diseño del disco difusor, en 13 cambio, haría uso de una metodología experimental en la que a partir de la valoración de un 14 conjunto de geometrías se determinaría a aquella con el mejor desempeño. Las principales 15 características tomadas en consideración para generar las propuestas fueron la forma 16 específica de la sección transversal, la apertura unidireccional y la altura de la pared adherida 17 sobre la periferia externa. 18 La evaluación tras establecer el ensamble se realizó en dos etapas. En la primera, la turbina 19 seria representada por medio un disco actuador modelado a partir de un sumidero de 20 momentum, el cual reproduce las interacciones fundamentales según la teoría unidimensional 21 de Betz. En la segunda etapa, la turbina se modelaría explícitamente haciendo uso de una 22 simulación con marcos de referencia móvil y condiciones periódicas de frontera, replicando 23 parcialmente los efectos de la rotación en un estado estacionario. Ambas técnicas de 24 modelado se aplicaron tanto para una disposición de turbina aislada como en ensamble, 25 contabilizando así un total de cuatro escenarios base que permitieron un análisis comparativo 26 más amplio. 27 El principal indicador seleccionado para evaluar el rendimiento fue la potencia neta producida 28 por la turbina, antes y después de la adición del disco difusor, aunque se decidió incorporar 29 una métrica más objetiva como lo es la densidad de potencia por unidad de área. De manera 30 alterna, parámetros como el empuje, flujo másico, velocidad y presión fueron monitoreados en 31 los distintos escenarios, permitiendo reportar tanto resultados cuantitativos como cualitativos. 32 En términos de la potencia neta, el incremento tras incorporar el disco difusor fue evidente, sin 33 embargo, al estimar las densidades de potencia se pudo observar que esta disminuiría, 34 indicando así que una turbina con dimensiones equivalentes al diámetro externo del disco 35 difusor sería una alternativa más eficiente. Esta conclusión, sin embargo, se considera parcial 36 al no considerar beneficios como lo es el hecho de que un disco difusor no presenta el mismo 37 nivel de desgaste al no someterse a un movimiento periódico. En adición, uno de los IV argumentos a favor más relevantes remite 1 a su aplicación en corrientes oceánicas poco 2 energéticas, pues se prevé que permita reducir la velocidad mínima requerida para entrar en 3 un estado operativo.